Technische Gebrauchsdaueranalyse von Wärmenetzen

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Technische Gebrauchsdaueranalyse von Wärmenetzen unter Berücksichtigung volatiler erneuerbarer Energien

März 2020

Akronym: TGdA

Laufzeit: 01.10.2015 - 31.05.2019

Kurzbeschreibung

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projekt arbeitete der AGFW I Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e.V. mit seinen Forschungspartnern:

  • Universität Stuttgart - Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung,
  • Leibniz Universität Hannover - Institut für Geotechnik,
  • IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH,
  • Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.,
  • Steinbeis-Transferzentrum Baustoffe und Bautechnik Bochum,
  • Fernwärme-Forschungsinstitut in Hannover e. V.,
  • EVN Ingenieurgesellschaft mbH

daran, Wärmenetze für die, aus der Energiewende resultierenden, zukünftigen Herausforderungen zu qualifizieren.

Motivation

Fernwärmeleitungen sind komplex beanspruchte Bauteile. Das erdverlegte KMR besteht aus verschiedenen Materialien die über die technische Gebrauchsdauer chemischen und physikalischen Alterungsprozessen ausgesetzt sind. Außerdem muss das System mechanische Belastungen, die aus der Verlegung im Erdreich und der Betriebstemperatur des Fernwärmesystems resultieren (Primär- und Sekundäreinwirkungen), standhalten. Dabei dominiert für die Ermüdung des Systems im Betrieb die Beanspruchungsgröße Temperaturlastwechsel.

Die Transformationspfade zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung – häufig unter dem Schlagwort Wärmewende zusammengefasst – konzentrieren sich dabei auf die Substitution fossiler Wärmeerzeugungsanlagen sowie die Einbindung erneuerbarer Energien in Fernwärmesysteme und effizienzsteigernde Maßnahmen durch die Reduktion des Wärmeverbrauchs. Die Herausforderungen, die im Zusammenhang mit der Wärmewende für die Wärmeverteilung – das Fernwärmenetz – entstehen, bleiben dabei meist unberücksichtigt: Bestehende und zukünftige Wärmenetze werden durch die Volatilität erneuerbarer Energiequellen bzw. den damit verbundenen Erzeugungsstrategien im Strom- und Wärmemarkt steigenden, teilweise zyklischen Wechsellasten ausgesetzt.

Die Ausnutzung von (Auslegungs-) Reserven durch die richtige Fahrweise von Fernwärmenetzen kann kostenintensive Neubau- und Instandsetzungsmaßnahmen auf ein geeignetes Maß reduzieren. Dies kann den Wärmenetzbetreibern nicht nur eine gewisse Sicherheit geben, sondern stellt auch eine gute Informationsquelle, für das bei Versorgungsunternehmen zunehmend an Bedeutung gewinnende "Asset Management", dar. In welchem Maße sich diese neuen und zukünftigen Beanspruchungskollektive auf die technische Gebrauchsdauer bestehender Wärmenetze auswirken, war bislang weitgehend unklar. Die Ergebnisse aus Laboruntersuchungen und Praxismessungen sowie die erarbeitete Methode zur Zustandsbewertung von Fernwärmenetzen verbessert bisherige Berechnungsansätze und bildet die Basis für einen ökonomisch sinnvollen Ausbau sowie eine optimierte Instandhaltungsstrategie.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse bilden die notwendige Grundlage für die technische Qualifikation von Fernwärmenetzen hinsichtlich zukünftiger Belastungskollektive, die im Zuge der Energiewende in Deutschland entstehen. Die Anwendung der Resultate des Forschungsvorhabens ist der nächste Schritt zur erfolgreichen Gestaltung der Energiewende und dem Erreichen der festgelegten Ziele des Klimaschutzes. Die Projektergebnisse verdeutlichen jedoch, dass für den preiswerten, sicheren und zuverlässigen Betrieb von Wärmenetzen, unter zukünftigen Beanspruchungen eine Vielzahl weiterer Forschungsarbeiten zur Erreichung der Ziele der Energiewende notwendig sein werden.

Ergebnisse

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens wurden während des Projektabschlussmeetings (Mai 2019, als Download frei verfügbar) präsentiert und in Form eines Schlussberichtes dokumentiert. Der Schlussbericht des Forschungsvorhabens wurde als Heft 55 und 56 in der AGFW-Heftreihe „Forschung und Entwicklung“ publiziert.

Die Publikation der Projektergebnisse ist in der AGFW Heftreihe „Forschung und Entwicklung“ als Heft 55 und 56 erschienen. Zu finden in Kürze im AGFW Shop.

Heft 55:        Hay, S., Achmus, M., Gerlach, T., Below, H., Thölert, M., Leuteritz, A., Armani, A. Eppers, S. Schuchardt, G. K., Grage, T.: „EnEff: Wärme - Technische Gebrauchsdaueranalyse von Wärmenetzen unter Berücksichtigung volatiler erneuerbarer Energien - Teil I: Untersuchungsergebnisse zur Materialdegradation“, erschienen in Forschung und Entwicklung, Heft 55, ISBN: 3-89999-080-3, Hrsg. AGFW Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V., Februar 2020.

Heft 56:        Hay, S., Huther, H., Grimm, S., Heiler, D., Blesl, M., Wendel, F., Nielsen, H.-J., Dony, J., Epperlein, E.: „EnEff: Wärme -Technische Gebrauchsdaueranalyse von Wärmenetzen unter Berücksichtigung volatiler erneuerbarer Energien - Teil II: In situ Belastungen, Praxisanalysen und Wirtschaftlichkeit“, erschienen in Forschung und Entwicklung, Heft 56, ISBN: 3-89999-085-4,  Hrsg. AGFW Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V., Februar 2020.

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